纳米功能纤维

纳米纤维

纳米纤维的研究应用及其成型技术闫晓辉化工学院材料学110030324 摘要：当聚合物纤维的尺度从微米或亚微米级降至纳米级时，就会显示出某些奇特的物理和生化性能。本文阐述了纳米纤维的基本特性，列举了相关的一些前沿应用进展，并介绍了制备纳米纤维的几种成型工艺。关键词：纳米纤维，应用，成型技术一、纳米纤维的概述纤维对大家来说是十分熟悉的，如日常生活中作为服装材料用的羊毛、蚕丝、亚麻、棉花等都是天然纤维；20世纪出现的化学纤维工业，为人类提供了各种各样的合成纤维和人造纤维；还有金属纤维、矿物纤维和陶瓷纤维等。作为纤维有两个明显的几何特征：第一是纤维有较大的长度/直径比，例如蚕丝和化学纤维的长丝都可认为长度/直径比趋于无穷大；第二是纤维的直径必须比较细，这是出现一定柔韧性所必需的。传统普通纤维材料的直径多为5～50μm；最新开发的超细纤维直径可达0.4～4μm。由此可见，超细纤维也仅是与蚕丝直径相当或稍细的纤维，其直径绝对值只能达到微米或亚微米级，还不是真正意义上的超细纤维。纳米是一个长度单位，1nm=10-9m。纳米量级一般是指1～100nm的尺度范围。纳米科技的发展，将会给纤维科学与工程带来新的观念。对纳米纤维定义其直径是1～100nm的纤维，即一维纳米材料。纳米纤维按获取途径可以分为天然纳米纤维和人造纳米纤维。纳米纤维(nanofiber)从广义上讲包括纤维直径为纳米量级的超细纤维，还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维。后者是目前国内外开发的热点；采用性能不同的纳米颗粒，可开发阻燃、抗菌、抗静电、防紫外线、抗电磁屏蔽等各种功能性纤维[1]。而对于前者，才是真正意义上的纳米纤维（一维纳米材料），由于其极大的比表面积和表面积－体积比所表现出的特殊性能，日益引起科学家们的重视。天然纳米纤维由生物体产生。生物体内的大分子，如核酸（DNA 及RNA）、蛋白质、纤维素及多糖，在生命活动中起着决定作用。一些科学家认为，阐明生命科学中的高分子化学基础或者高分子化学模拟是高分子化学今后的主要研

纤维素纳米纤维

纤维素纳米纤维众所周知，植物的基本组成单位是细胞，其主要结构为纤维素纳米纤维，纤维素纳米纤维是拉伸纤维素链的半结晶纤维束。纤维素纳米纤维不仅纤细，而且纤维素分子链可以拉伸和结晶，所以其质量仅为钢铁的1/5，强度却是钢铁的5倍以上。另外，其线性热膨胀系数极小，是玻璃的1/50，而且其弹性模量在-200～200℃范围内基本保持不变。弹性模量约140GPa，强度2～3GPa。不同于石油基材料，作为生物基材料，更环保。图1 纳米纤维素微观结构作为下一代工业材料或绿色纳米材料，目前已在全世界积极地开展有关制造和利用这种纤维素纳米纤维的研究。用木材浆粕等植物类纤维材料制造纤维素纳米纤维的各种方法相继被开发出来。在低浓度（约百分之几）下进行的浆粕纤维分解技术有高压高速搅拌方法、微射流法、水中逆流碰撞法、研磨机研磨法、冷冻粉碎法、超声波分丝法、高速搅拌法和空心颗粒粉碎法等。纤维素纳米纤维重要的特征是可以用所有的植物资源作为原料。除木材外，还可以从稻杆和麦杆等农业废弃物、废纸、甘蔗和马铃薯的榨渣，以及烧酒气体等的工业废弃物中制得直径为10～50nm的纳米纤维。如果有效利用轻薄且宽域分布的生物资源的特点，则可以制造和利用取自唾手可得资源的高性能纳

米纤维。日本等发达国家已经实现了纤维素纳米纤维的工业化生产。轻量、强度高的纤维素纳米纤维作为复合材料，可制造汽车零部件和家电产品外壳、建筑材料等；利用气体阻隔性可制造屏障薄膜；利用其透明性可制作显示器和彩色滤光器、有机EL基板、太阳能电池板等；利用耐热性可制造半导体封装材料和柔性基板、绝缘材料等；利用黏弹性能，可生产化妆品、药品、食品、伤口敷料如细胞培养基材、分离器和过滤器以及特殊功能纸张等。在石油工程领域，纳米纤维素凝胶可作为井下流体助剂，不发生体积收缩；可用于钻井液降滤失剂、页岩抑制剂、增稠剂等，改善相关流体的性能。《石油工程科技动态》所有信息编译于国外石油公司网站、发表的论文、专利等，若需转载，请注明出处！中国石化石油工程技术研究院战略规划研究所

纳米材料的概述

“纳米材料”—开启微观世界之门 1.纳米材料及纳米技术纳米技术界定为：在1nm～100nm尺度空间内研究电子、原子和分子运动规律和特性，通过直接操纵原子、分子或原子团和分子团使其形成所需要的物质的新技术。纳米材料(nanometer material)是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1～100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。2.纳米材料的发展人类对物质的认识分为两个层次：一个是宏观，另一个是微观。人们对宏观物质的研究已经很深人，研究的历史也较悠久。对于微观物质的研究，到20世纪60年代出现了团簇科学，成为凝聚态物理研究的热点。在团簇物理研究中，人们在团簇和亚微米体系之间又发现了一个十分令人注目的新体系，即纳米体系。这个体系通常研究的范畴为1～100nm，其中典型的代表是纳米粒子。由于纳米粒子的尺寸小、比表面积大和量子尺寸效应使其具有不同于常规固体的新特性，而成为材料科学、物理学和化学等学科的前沿焦点。 1959年著名的美国物理学家理查德?费曼（Richard Feynman）在美国物理学会会议上做了题为“在底部有很多空间”的演讲，预言说：“我不怀疑，如果我们对物质微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物质得到大量的可能的特性。”虽然没有使用“纳米”这个词，但他实际上介绍了纳米技术的基本概念。1974年，日本教授谷口纪男（Norio Taniguchi）在一篇题为：“论纳米技术的基本概念“的科技论文中给出了新的名词——纳米（Nano）。 1981年格尔德?宾宁（Gerd Binnig）和海因里希?罗雷尔Heinrich Rohrer 发明了扫描隧道显微镜，它使科学家第一次可以观察并操纵单个原子。 1984年Gleiter 首次采用气体冷凝的方法，成功地制备了Fe纳米粉。随后，美国、西德和日本先后研制成纳米级粉体及块体材料。 1985年赖斯大学的研究人员发现了富勒烯（fullerenes）（更为人熟知的名称是“布基球（buckyballs），由著名未来学家，多面网格球顶的发明人巴克明斯特?富勒（R. Buckminster Fuller）命名，它可以被用来制造碳纳米管，是如今使

尼龙6MWNT 纳米纤维的形态学和力学性能

尼龙6/MWNT 纳米纤维的形貌与力学性能Moncy V. Jose a, Brian W. Steinert b,c,1, Vinoy Thomas a,2, Derrick R. Dean a,*, Mohamed A. Abdalla a, Gary Price d, Gregg M. Janowski a a Department of Materials Science and Engineering, University of Alabama at Birmingham (UAB), 1530 3rd Avenue, South, Birmingham, A L 35294-4461, USA b Department of Physics, Rhodes C ollege, Memphis, TN 38112, USA c Department of Biology, R hodes College, Memphis, TN 38112, USA d University of Dayton Research Institu te, Dayton, OH 45469, USA Received 19 June 2006; received in revised form 8 December 2006; accepted 11 December 2006 Available online 20 December 2006 Abstract 摘要尼龙6和表面改性后的多壁碳纳米管通过静电纺丝（使用一根旋转的轴柄）处理，成功制备了分散均匀的尼龙6/碳纳米管复合材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热（DSC）、X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和动态力学分析（DMA）等仪器对纳米复合材料的形貌和性能进行了表征。DSC 和XRD表明了复合材料中碳管的存在，且尼龙6从γ晶型转变为α和γ的复合晶型。TEM和WAXD分别用来表征碳纳米管和分子取向。在碳纳米管的添加量较低时(0.1和1.0 wt %)，尼龙6复合材料的储存模量显著的增加，尽管碳纤维管的浓度的相对较低。因此，经表面处理后，碳纳米管/尼龙6复合材料较尼龙6在结构和性能上均有所增强。关键词：静电纺丝；尼龙6；改性碳纳米管 1.导论在过去的五年期间，碳纳米管（CNTs）改性的复合材料受到了极大地关注。CNTs的直径只有几个纳米，而它的长度可达到几百个纳米；也就是说CNTs具有很高的长径比。另外，CNTs还具有高的弹性模量（约1TPa），与钻石的弹性模量(1.2 TPa)相近。小含量下，CNTs的强度是最强钢铁的10~100倍[1-4]。CNTs同时也具有很好的导电性，按照它们的结构不同，可分别呈现为金属和半导体[5]。聚合物/CNTs复合材料的潜在应用包括：航空航天以及汽车材料(高温、光、重量)、光开关、EMI屏蔽、光伏设备,包装(电影、容器)、胶粘剂和涂料。然而，

纳米纤维技术介绍纳米纤维纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度

纳米纤维技术介绍 1．纳米纤维纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料,纳米是一个长度单位,其符号为nm，为1毫米的百万分之一(l nm=1×10-6 mm)。图1可以直观的比较人类头发（0.07-0.09 mm）与纳米纤维直径的差别。图1 纳米纤维直径尺度示例 2 纳米纤维的应用与优势纳米纤维在众多领域都有应用的优势，这些优势被近年来大量的学术论文报导，同时受到了产业界的重视，一些产品已经在市场上广泛的应用。这些领域包括：空气过滤、液体过滤、能源/电池隔膜、生物医学、药物缓释控释、健康和个人防护、环境保护、吸声材料、食物和包装等等。纳米纤维作为过滤材料的优势：纳米纤维在空气过滤和液体过滤材料领域已有市场化的产品，其进入中国市场的方式均为原装进口。为确保技术壁垒相关企业虽在国内建立了全资子公司，但不设纳米纤维过滤材料生产线。相关产品有唐纳森公司Torit? DCE?除尘器、燃汽轮机过滤器GDX?、汽车引擎过滤器PowerCore?，唐纳森公司宣称其产品具有无可替代的性能。另有美国贺氏（H&V）公司FA6900NW、FA6901NW、FA6900NWFR系列空气过滤滤料，以及H&V公司一些型号不明的滤料也

有使用纳米材料。纳米纤维非织造材料对亚微米颗粒的过滤效率是常规的微米纤维非织造材料（无纺布）所无法比拟的。这一特性决定了纳米纤维在空气中颗粒污染物的分离（电子工业、无菌室、室内环境净化、新风系统、工业高效除尘等）和液体中颗粒污染物的分离（燃油滤清器、水处理等）相关领域具有广阔的应用前景。（1）纳米纤维直径小——孔隙尺寸小、过滤效率高过滤材料通常为纤维平面非织造材料（纤维无纺布），随着纤维直径的减小，单位面积内的纤维根数显著增加，纤维未搭接处形成的孔隙尺寸显著减小，过滤效率明显提升（如图2所示）。对于常规过滤材料很难拦截的PM 2.5污染物有很高的拦截效率。图2 纤维直径与孔隙尺寸和过滤效率之间的关系（2）纳米纤维比表面积大——对细微颗粒的吸附能力强纤维直径减小，纤维比表面积增大。相同的聚合物形成纤维后，比表面积(s)与纤维直径(d)的关系式为：ds1∝,其关系服从图3中的曲线。可知，纤维直径从10 μm减小到100 nm（0.1 μm）时，纤维的比表面积增加至原来的1000倍。比表面积的增大，增加了颗粒与纤维接触而被吸附的几率，特别是对常规过滤材料无法过滤的100-500 nm的微细颗粒的捕捉与分离，纳米纤维滤料是常规滤料无法比拟的，可以捕获PM2.5污染物中粒径最细小的颗粒。

碳纳米材料概述

碳纳米材料概述名字：唐海学号：1020560120 前言纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子（非碳原子）组成，甚至可以是纳米孔。纳米碳材料主要包括三种类型：碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球。近年来，碳纳米技术的研究相当活跃，多种多样的纳米碳结晶、针状、棒状、桶状等层出不穷。2000年德国和美国科学家还制备出由20个碳原子组成的空心笼状分子。根据理论推算，包含20个碳原子仅是由正五边形构成的，C60分子是富勒烯式结构分子中最小的一种，考虑到原于间结合的角度、力度等问题，人们一直认为这类分子很不稳定，难以存在。德、美科学家制出了C60笼状分子为材料学领域解决了一个重要的研究课题。碳纳米材料中纳米碳纤维、纳米碳管等新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性，被广泛地应用于诸多领域。分类 (1)碳纳米管碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和双壁碳纳米管。 (2)碳纤维分为丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维两种。碳纤维质轻于铝而强力高于钢，它的比重是铁的1／4，强力是铁的10倍，除了有高超的强力外，其化学性能非常稳定，耐腐蚀性高，同时耐高温和低温、耐辐射、消臭。碳纤维可以使用在各种不同的领域，由于制造成本高，大量用于航空器材、运动器械、建筑工程的结构材料。美国伊利诺伊大学发明了一种廉价碳纤维，有高强力的韧性，同时有很强劲的吸附能力、能过滤有毒的气体和有害的生物，可用于制造防毒衣、面罩、手套和防护性服装等。 (3)碳球根据尺寸大小将碳球分为：(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2—20nm之间)，如C60，C70等；(2)未完全石墨化的纳米碳球，直径在50nm 一1μm之间；(3)碳微珠，直径在11μm以上。另外，根据碳球的结构形貌可分为空心碳球、实心硬碳球、多孔碳球、核壳结构碳球和胶状碳球等。碳纳米材料的性质及相关应用 1.力学 (1)超强纤维碳纳米管具有弹性高、密度低、绝热性好、强度高、隐身性优越、红外吸收性好、疏水性强等优点，它可以与普通纤维混纺来制成防弹保暖隐身的军用装备。 (2)材料增强体用于增强金属、陶瓷和有机材料等。并且结合碳纳米管的导热导电特性，能够制备自愈合材料。

纳米纤维的技术进展

纳米纤维的技术进展赵婷婷　张玉梅 (东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海,200051) 崔峥嵘 (辽阳石化分公司,辽阳,111003) 王华平 (东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海,200051) 摘　要:本文简单介绍了纳米纤维的定义、特点和应用,主要讨论了纳米纤维的制备方法,包括传统纺丝方法(如:静电纺丝法、复合纺丝法和分子喷丝板法)的改进以及新兴的生物合成法和化学合成法。关键词:纳米纤维,技术,进展,生物合成,化学合成中图分类号:TS1021528 文献标识码:A 文章编号:1004-7093(2003)10-0038-05 1　前言纳米纤维是直径1nm～100nm的纤维,此为狭义的纳米纤维的定义。广义地说,零维或一维纳米材料与三维纳米材料复合而制得的传统纤维,也可以称为纳米复合纤维或广义的纳米纤维。更确切地说,这种复合纤维应称为由纳米微粒或纳米纤维改性的传统纤维。纳米纤维最大的特点就是比表面积大,导致其表面能和活性的增大,从而产生了小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等,在化学、物理(热、光、电磁等)性质方面表现出特异性。纳米纤维广泛应用在服装、食品、医药、能源、电子、造纸、航空等领域。一方面,纳米纤维的广泛应用,对纳米纤维的制备技术提出了新的要求,同时也为纳米纤维制备技术的发展提供了新的发展空间;另一方面,纳米纤维制备技术的不断创新与发展,也使得纳米纤维的种类不断推陈出新,其性能和功能也得以进一步的体现和应用。本文主要讨论一维纳米纤维制备技术的进展情况。收稿日期:2003-05-20 作者简介:赵婷婷,女,1980年生,在读硕士研究生。主要从事细菌纤维素的研究。2　传统纺丝方法的改进 2.1　静电纺丝法[1～4] 静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。这一技术的核心,是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动并发生形变,然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化,于是得到纤维状物质,这一过程简称电纺。目前电纺技术已经用于几十种不同的高分子,即包括大品种的采用传统技术生产的合成纤维,如:聚酯、尼龙、聚乙烯醇等柔性高分子的电纺,包括聚氨酯弹性体的电纺以及液晶态的刚性高分子聚对苯二甲酰对苯二胺等的电纺。此外,包括蚕丝、蜘蛛丝在内的蛋白质和核酸(DNA)等生物大分子也进行过电纺实验。尽管所用的材料十分广泛,但是目前电纺纤维总是以在收集板负极上沉积的非织造布的形式而制得的,其中单纤维的直径可以随加工条件而变化,典型的数值为40nm～2μm,甚至可以跨越10nm～10μm的数量级,即微米、亚微米或纳米材料的范围。电纺纤维最主要的特点是所得纤维的直径较细,新形成的非织造布是一种有纳米微孔的多孔材料,因此有很大的比表面积,有多种潜在用途。但是,目前的电纺技术在推广上存在一定技术问题:第一,由于静电纺丝机设计的构型,此法得到的只能是非织造布,而不能得到纳米纤维彼此可

纳米纤维概述

纳米纤维概述 1.纳米纤维的概念纳米纤维是指直径处在纳米尺度范围(1～100nm)内的纤维，根据其组成成分可分为聚合物纳米纤维、无机纳米纤维及有机/无机复合纳米纤维。纳米纤维具有孔隙率高、比表面积大、长径比大、表面能和活性高、纤维精细程度和均一性高等特点，同时纳米纤维还具有纳米材料的一些特殊性质，如由量子尺寸效应和宏观量子隧道效应带来的特殊的电学、磁学、光学性质[1]。纳米纤维主要应用在分离和过滤、生物及医学治疗、电池材料、聚合物增强、电子和光学设备和酶及催化作用等方面。 2.纳米纤维的制备方法随着纳米纤维材料在各领域应用技术的不断发展,纳米纤维的制备技术也得到了进一步开发与创新。到目前为止，纳米纤维的制备方法主要包括化学法、相分离法、自组装法和纺丝加工法等。而纺丝加工法被认为是规模化制备高聚物纳米纤维最有前景的方法,主要包括静电纺丝法、双组份复合纺丝法、熔喷法和激光拉伸法等。 2.1静电纺丝法静电纺丝法是近年来应用最多、发展最快的纳米纤维制备方法[2-4]，其原理是聚合物溶液或熔体被加上几千至几万伏的高压静电，从而在毛细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力，随着电场力的增大，毛细管末端呈半球状的液滴在电场力的作用下将被拉伸成圆锥状，即泰勒锥。当外加静电压增大且超过某一临界值时，聚合物溶液所受电场力将克服其本身的表面张力和黏滞力而形成喷射细流，在喷射出后高聚物流体因溶剂挥发或熔体冷却固化而形成亚微米或纳米级的高聚物纤维，最后由接地的接收装置收集。利用静电纺丝法可制备得到多种聚合物纳米纤维,而采用不同的装置可收集获得无序排列的纳米纤维毡或定向排列的纳米纤维束,也可制备空心结构、实心结构、芯--核结构的纳米纤维,满足其在不同领域的应用需要。 2.2双组份复合纺丝法双组份复合纺丝法制备超细纤维主要以海岛型和裂片型复合纤维为主[5-7]，其原理是将两种聚合物经特殊设计的分配板和喷丝板纺丝，制备海岛型或裂片型的复合纤维。将海岛型复合纤维中的“海”组份利用溶剂溶解去除或者将裂片型复合纤维进一步裂解后，即得到超细纤维。双组份复合纺丝法的关键技术是喷丝板的设计，选择不同规格的喷丝板，能够制备得到不同形态和尺寸的超细纤维[8]。Fedorova等[9]以PA6为“岛”，PLA为“海”，利用复合纺丝法制备得到PA6/PLA 复合纤维，然后选择溶剂将作为“海”组分的PLA基体相去除，最终获得尺寸为微纳米级的PA6纤维。研究发现，当“岛”的数量增加至360个时，制备所得纳米纤维的直径为360nm。海岛型纺丝法要求设备精度比较高，要求海与岛组分要在同一个轴向上，而且海的组分的聚合物溶出也影响纤维成型的品质。但海岛纺丝机成本较高、较复杂，匹配的海、岛纤维也不易找寻，目前为止还无法大批量生产。

纳米材料研究及检测.

纳米材料研究及检测【摘要】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要地概述了纳米技术，纳米材料的结构和特殊性质以及纳米纳米材料各方面的性能在实际中的应用，并展望了纳米材料的应用前景。本文以纳米材料为主要研究对象,阐述了其分析使用的分析方法。【关键词】纳米技术；纳米材料；结构；性能；分析方法；表征前言纳米材料具有许多优良的物理及化学特性以及一系列新异的力、光、声、热、电、磁及催化特性，被广泛应用于国防、电子、化工、建材、医药、航空、能源、环境及日常生活用品中，具有重大的现实与潜在的高科技应用前景。纳米科技是未来高科技的基础, 而适合纳米科技研究的仪器分析方法是纳米科技中必不可少的实验手段。因此, 纳米材料的分析和表征对纳米材料和纳米科技发展具有重要的意义和作用。分析科学是人类知识宝库中最重要、最活跃的领域之一, 它不仅是研究的对象, 而且又是观察和探索世界特别是微观世界的重要手段。随着纳米材料科学技术的发展, 要求改进和发展新分析方法、新分析技术和新概念, 提高其灵敏度、准确度和可靠性, 从中提取更多信息, 提高测试质量、效率和经济性。纳米材料主要性质有:小尺寸效应[、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应。目前表征纳米材料的技术很多，采用各种不同的测量信号形成了各种不同的材料分析方法，大体可以分为以下

几种方法。 1.纳米科学和技术 1.1 纳米科技的定义纳米科技是20世纪80年代末诞生并正在崛起的新科技，是一门在0.1~ 100 nm尺度空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的高技术学科。其涵义是人类在纳米尺寸（10-9--10-7m）范围内认识和改造自然，最终目标是通过直接操纵和安排原子、分子而创造特定功能的新物质。纳米科技是现代物理学与先进工程技术相结合的基础上诞生的，是一门基础研究与应用研究紧密联系的新兴科学技术。其中纳米材料是纳米科技的重要组成部分。 1.2 纳米科技的内容纳米科技主要包含：纳米物理学；纳米电子学；纳米材料学；纳米机械学；纳米生物学；纳米显微学；纳米计量学；纳米制造学…… 1.3 纳米科技的内涵第一：纳米科技不仅仅是纳米材料的问题。目前科技界普遍公认的纳米科技的定义是：在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用以及如何利用这些特性和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术。纳米科技与众多学科密切相关，它是一门体现多学科交叉性质的前沿领域。现在已不能将纳米科技划归任何一个传统学科。如果将纳米科技与传统学科相结合，可产生众多的新的学科领域，并派生出许多新

静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用

静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用戚妙北京永康乐业科技发展有限公司１．静电纺过滤材料简述一般说来，人们对于过滤材料原材料的甄选基本会在以下几种材料中进行：天然纤维、合成纤维、玻璃纤维、陶瓷、矿物等等[1-2]。按照不同的加工工艺这些过滤材料可分为以下几类[3]：①机织物、针织物、编织网和纤维束等；②纺粘和熔喷无纺布；③多孔陶瓷材料；④有机膜和无机膜材料； ⑤静电纺丝材料。传统纤维过滤材料是直通的孔隙，其孔隙率也只有30%～40%[4]。从生产工艺流程角度审视，传统纤维织造过滤材料流程长，产品的生产效率低，主要通过经纬纱之间的孔隙进行过滤，滤料本身产生的阻力也比较大；且织造成型的过滤材料必须在其形成粉尘层之后，才能起到阻挡较小颗粒状物质的作用，如果过滤材料还没有形成粉尘层、过滤层清灰或者其它原因破坏了滤料的粉尘层时，就会导致传统纤维滤料的过滤效率大幅下降。在过滤材料上运用静电纺丝技术有非常多的优点，现将其归纳成以下几个方面[5-9]。（1）纤维直径小，均一性好。提高纤维滤材过滤性能的有效方法之一就是降低其纤维的直径，因为对于由直径数十微米的纤维制备出的纤维过滤器，随着纤维直径的降低滤材的过滤效率会得到提高。（2）小孔径、高孔隙率及高通量。运用静电纺丝技术的纤维孔隙率可达80%～90%，这种结构的滤材在有效地去除亚微米级别以及微米级别的颗粒的同时，对水流只会产生较小的阻碍比。（3）大比表面积、强吸附力。静电纺纤维有非常大的比表面积，这种结构大大地增加了颗粒沉积在纤维滤材表面的几率，这会对过滤的效果产生巨大的改观。其次，当过滤的颗粒非常小时，这些细小的颗粒会堆积在膜表面，产生所谓的“层效应”，也会使得静电纺丝薄膜的有效孔径尺寸显著下降。（4）可再生性、节约环保。在实际的过滤过程中，大部分的杂质会留在静电纺丝薄膜的表面，只有其他很少的一部分颗粒会在静电纺薄膜内部和底部沉积，这就决定了该过滤材料方便清洁的特性，它的可持续再生的吸附功能有利于环保要求并会降低成本。（5）低成本、种类多及工艺可控。静电纺丝已经是高效制备纳米级纤维材料的主要途径之一，它的优点甚多，可纺物质种类涵盖广、生产制造的装置简单、纺丝成本低廉、纺丝工艺可控等等。静电纺丝技术已经成功制备出多种纳米纤维，包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维。目前应用静电纺丝技术的纳米纤维过滤材料已经可以应用于诸多高要求的过滤领域，其对直径在0.3um以下的颗粒，过滤效率可达到99.97%以上，也由于它出色的过滤精度，该材料具备了广泛应用于电子、生物、医药和防护等领域的前景[10]。 2.静电纺丝在过滤材料的应用根据不同的应用领域可将对于静电纺丝过滤材料的研究分为以下三个方面： 2.1气体过滤

纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料广义上讲包括纤维直径为纳米量级的超细纤维

纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，广义上讲包括纤维直径为纳米量级的超细纤维纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，广义上讲包括纤维直径为纳米量级的超细纤维，还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维。纳米纤维主要包括两个概念：一是严格意义上的纳米纤维，是指纤维直径小于100 nm的超细纤维。另一概念是将纳米粒子填充到纤维中对纤维进行改性。制造纳米纤维的方法有很多，如拉伸法、模板合成、自组装、微相分离、静电纺丝等。其中静电纺丝法以操作简单、适用范围广、生产效率相对较高等优点而被广泛应用。纳米纤维是指纤维直径小于100 nm的超微细纤维。现在很多企业为了商品的宣传效果，把填加了纳米级(即小于100 nm)粉末填充物的纤维也称为纳米纤维。纳米纤维具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应及宏观量子的阳隧道效应。学术术语来源--- 自组装多肽纳米纤维支架的结构特点及应用优势文章亮点： 1此问题的已知信息：神经干细胞在脊髓损伤修复过程中起决定性作用。脊髓损伤后影响肢体的正常功能，借助于组织工程的方法进行脊髓损伤修复是目前研究的重点，支架材料作为组织工程3要素之一，是当前研究的热点。 2文章增加的新信息：自组装多肽纳米纤维支架作为新型组织工程支架材料不仅解决了材料与细胞相容性差的问题，而且在维持材料的三维特性、促进细胞活性、模仿细胞外基质等方面均优于其他支架材料，是一种理想的组织工程材料，为神经损伤修复研究提供了新的方法。3临床应用的意义：进一步探索生物自组装多肽纳米纤维支架的结构特点，设计策略，影响自组装的因素，可以指导设计出更适合细胞培养及移植的自组装多肽；回顾自组装多肽纳米纤维支架在神经损伤修复中的进展，进一步指导支架材料在神经组织工程中的应用。关键词：生物材料；生物材料综述；神经组织工程；再生医学；自组装多肽纳米纤维；神经干细胞；凝胶支架摘要背景：3D自组装肽纳米纤维凝胶支架能很好模拟体内的微环境，提供一种能促进细胞生长、改善细胞功能、具有合理构成细胞外基质的结构模式。目的：综述自组装多肽纳米纤维支架的基础研究及其在神经组织工程中的研究现状。方法：检索2000至2013年PubMed数据库、维普数据库有关自组装多肽纳米纤维支架研究进展的文献，关键词为“自组装多肽，纳米纤维支架，神经组织工程，神经干细胞； self-assembling peptide，nanofiber scaffold，RADA16，Nerve tissue engineering，Neural stem cell”。

刘延波谈静电纺纳米纤维技术

谈静电纺纳米纤维技术刘延波天津工业大学纺织学院，300160s 纳米纤维一般是指纤维的直径在纳米级范围。有些人把直径小于1μm的纤维称为纳米纤维，而有些人则定义直径小于0.3μm的纤维为纳米纤维，也有文献将纳米纤维定义为直径为纳米级、长度超过1μm的物质。美国国家科学基金会（NSF）定义纳米纤维为至少在一维空间尺度上小于100nm的纤维。无纺布工业一般认为直径小于1微米的纤维就是纳米纤维。另一方面，更广泛说来，传统纤维与纳米材料（零维、一维或三维）复合制得的纤维材料也可以称为纳米复合纤维材料或广义的纳米纤维材料。纳米纤维这种广泛的定义还可以延伸，即可以把纤维中包含有纳米结构，而且又赋予了新的物理性能的纤维都划入纳米纤维的范围。纳米纤维与人发的细度对比如图1所示。图2为纳米纤维的SEM图片。纳米纤维材料特点及应用纳米纤维直径一般在几个纳米到几个微米之间，极细的纤维直径使得纳米纤维具有极高的比表面积，因此具有极高的表面吸附性能；另一方面，由极细的纳米纤维构成的纤网、薄膜或非织造布又具有极小的孔隙尺寸和极高的孔隙率（低空气阻力）及静电驻留性，因此在表面吸附、过滤隔阻等方面具有广泛的应用，例如气体过滤、液体过滤、吸声防噪、生物医疗、能源电子、航空航天、农业防护、战争防护、食品安全、化妆品、纳米纤维增强复合材料等领域，部分应用如图3所示。具体包括：（1）气体过滤—工业气体、汽车发动机空气过滤以及汽车尾气过滤；（2）液体过滤—食品和药品过滤、血液过滤、海水淡化、水处理等；（3）特种防护—生化防护服、防毒面具、医疗防护服、特种工作服等；（4）能源电子—储能材料和电池隔膜；（5）生物医疗—生物传感器、组织工程支架、创伤敷料、药物传输载体、人造器官/血管，手术缝合线、医用口罩等等；（6）其它应用—包括吸声防噪、化妆用品、太阳镜、太阳帆等。

纳米纤维素晶体

南京林业大学课程设计报告题目：纤维素纳米晶的制备与性能学院：理学院专业：材料化学学号：101103227 学生姓名：朱一帆指导教师：郭斌职称：副教授二0一三年十二月三十日

摘要纤维素是自然界中最丰富的天然高分子聚合物之一，不仅是植物纤维原料主要的化学成分，也是纸浆和纸张最主要、最基本的化学成分。由于其天然性和生物可降解性，在现在能源缺乏的时代，纤维素有很大的发展空间。纳米纤维素是直径小于100nm 的超微细纤维，也是纤维素的最小物理结构单元元；与非纳米纤维素相比，纳米纤维素具有许多优良特性，如高结晶度、高纯度、高杨氏模量、高强度、高亲水性、超精细结构和高透明性等，加之具有天然纤维素轻质、可降解、生物相容及可再生等特性，其在造纸、建筑、汽车、食品、化妆品、电子产品、医学等领域有巨大的潜在应用前景。本文介绍了纳米纤维素晶体(NCC)及其一些制备方法、性质、研究现状和应用，展望了NCC作为一种纳米材料的美好前景，是21世纪可持续发展研究的重要课题。关键词：纳米纤维素晶体；制备方法；性质；应用

Abstract Cellulose is one of the nature's most abundant natural polymers，not only the main chemical components of the plant fiber materials , pulp and paper but also the most important and basic chemical composition of the pulp and paper. Due to its natural and biodegradable cellulose has much room for development in the era of the lack of energy. Nano-cellulose is ultra-fine fibers of less than 100 nm in diameter, the smallest physical structure of the cellulose unit Dollar；compared with non-nano-cellulose, nano-cellulose has many excellent characteristics such as high crystallinity, high purity, high Young's modulus, high strength, high hydrophilicity, the hyperfine structure, and high transparency, https://www.360docs.net/doc/c2616094.html,bined with the characteristics of natural cellulose lightweight, biodegradable, biocompatible and renewable, so it has huge potential applications in the field of paper, construction, automotive, food, cosmetics, electronic products and medical. This article describes what's the NCC and some preparation methods, nature, current research and applications. And looking up theNCC as a prospect of a better future nanomaterials. This research is an important issue for sustainable development in the 21st century. Key words: Nanocrystallinecellulose; preparation methods; properties;applications

纳米纤维的性质及应用进展

纳米纤维的性质及应用进展王永芝　杨清彪　李耀先 (吉林大学化学学院,长春130023) 摘　要　介绍并阐述了高科技纳米纤维的独特性质及其在国防、医药、化工、电子等方面的应用研究状况,并展示了纳米纤维广阔的应用前景。希望我国应加强人力和物力对纳米纤维及其应用进行开发研究。关键词　纳米纤维,性质,应用研究 The characteristics and application progress of nanof iber Wang Y ongzhi　Yang Qingbiao　Li Yaoxian (Chemistry Department of Jilin University,Changchun130023) Abstract　The characteristics and potential applications of nanofiber were introduced.The present status of application research of nanofiber in national defensive industry,medical treatment,chemical engineering and electronics etc.were dis2 cussed.The application prospects of nanofiber were expected to be unlimited.China should pay more attention to research and develop the applications of nanofiber. K ey w ords　nanofiber,characteristics,application research 1990年7月,第一届国际纳米技术会议在美国巴尔的摩召开,会议正式公布纳米材料科学成为材料科学的一个新分支,从此纳米材料引起了世界各国的极大兴趣和广泛关注,掀起了世界范围的纳米研究热潮。各种纳米尺度的纳米粒子、纳米纤维、纳米管、纳米线和纳米膜已经制备出来。近几年,特别是纳米纤维及其应用研究已成为前沿热点,许多国家和地区纷纷制定了纳米纤维技术相关战略和计划,投巨资进行研究开发,以抢占纳米纤维技术的战略高地,而目前纳米纤维的应用研究更是如火如荼。 1　纳米纤维的性质纳米纤维是指纤维直径在1～100nm尺度范围内的纤维。当纤维的直径从微米级缩小到纳米级时,就会出现许多意想不到的新奇性质。纳米纤维具有极大的比表面积(是普通微米纤维的1000倍),极高的纵横比(长度直径比)、曲率半径和极强的与其他物质的互相渗透力。纳米纤维织物具有精细的织物结构,特征的光泽和颜色,极高的孔隙度,极好的柔韧性、吸附性、过滤性、粘合性和保温性。这些显著的性质使纳米纤维在许多重要领域的应用具有不可限量的潜能。 2　纳米纤维的应用状况 2.1　国防方面现代战争中,人们越来越重视防护用品的使用。因为防护用品可以最大限度地减少士兵的伤亡和发挥单兵作战的能力,使其在战场上经受住恶劣天气条件的考验,免遭敌方发射的弹道导弹、核武器、生物武器和化学武器的伤害。目前所使用的防护用品大多以木炭作为吸附剂,它在隔绝毒气的同时,也阻断了水蒸气的传输,穿着时笨重而不舒适。纳米纤维膜具有低密度、高孔隙度和比表面积大的特点,可以用于制造质量轻,且具有选择性吸附功能的新型防护用品。这种新型防护用品对汽溶胶有很强的阻挡性,从而对生物化学武器有很好的防护性,同时不第32卷第12期2004年12月化工新型材料 N EW CHEMICAL MA TERIAL S Vol132No112 ?9? 作者简介:王永芝,女,吉林大学化学系在读博士,主要从事复合纳米纤维性质及应用研究。

静电纺丝纳米纤维薄膜的应用进展_李蒙蒙

基金项目:国家自然科学基金(20904037)、江苏省自然科学基金(BK2009141); 作者简介:李蒙蒙(1988-),男,硕士研究生,主要从事静电纺丝制备纳米材料及其性质等方面的研究; ＊通讯联系人,E -mail :dy yang2008@sinano .ac .cn . 静电纺丝纳米纤维薄膜的应用进展李蒙蒙1,2,朱　瑛1,仰大勇1＊,蒋兴宇3,马宏伟1 (1.中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,苏州　215125; 2.青岛大学物理科学学院,青岛　266071; 3.国家纳米科学中心,北京　100190) 摘要:静电纺丝是一种简单而高效制备高分子微纳米纤维的技术,由于设备和实验成本低、纤维产率高、制备出的纤维比表面积比较大、适用性广泛等独特的优势,近些年来备受关注。静电纺丝的应用是静电纺丝研究的最基本动力和终极目标,因此成为研究者一直努力的方向。为了研究静电纺丝应用的研究现状和主要发展方向,本文综述了静电纺丝纳米纤维薄膜几个主要的应用领域,包括组织工程、药物缓释、纳米传感器、能源应用、生物芯片和催化剂负载等,并展望了未来可能的发展方向。关键词:静电纺丝;纳米纤维薄膜;应用进展引言静电纺丝是一种简便易行、可以直接从聚合物及复合材料制备连续纤维的方法,其制备的纳米纤维薄膜通常是以无纺布形式存在的。静电纺丝技术具有一些突出的优点:设备和实验成本较低,纤维产率较高,制备出的纤维比表面积比较大(纤维直径在几十纳米到几个微米的范围内),并且适用于许多不同种类的材料。这些优点使静电纺丝纳米纤维薄膜在许多领域具有广泛的潜在应用 [1～6]。静电纺丝的原理和设备如图1(a )所示[7],高压电源提供高压,正极接在医用注射器的不锈钢针头上, 负极(接地)接在铝箔上。电压一般在5kV 到30kV 之间,针头到收集极间的距离(工作距离)一般在5cm 到20cm 之间。实验时,将纺丝溶液装入注射器内,并加上高压。由于高压电场的作用,在针头处形成“泰勒锥”。溶液在高电压作用下形成射流,并经过多次分裂,同时溶剂快速挥发,在收集板上就得到了微纳米尺度的纤维,如图1(b )&(c )所示。图1　(a )静电纺丝的装置示意图及得到的聚合物纳米纤维的(b )数码照片和(c )电镜照片[7] Fig ure 1　(a )Schematic illustration of electr ospinning se t -up ;(b )Dig ital came ra imag e and (c )SEM image o f electro spun nanofiber s co llected on an aluminum fo il [7] 近年来,静电纺丝逐渐成为材料科学与纳米科技的研究热点之一,吸引着全世界的科技工作者。纵观近期已发表的相关文献,研究的内容包括以下几个方面:(1)新材料静电纺丝的制备,主要包括生物材

工业级纳米纤维材料

英国技术项目（二） (牛津大学国际技术转移中心）一、手持式3D扫描仪随着最近3D打印在世界范围内的兴起，3D应用在游戏、艺术、产品设计、消费者市场和制造业等领域的需求得到了前所未有的增加。世界3D打印市场预测到2017年将达到50亿美元的规模。但是制作出用于3D打印或游戏中高质量的3D图像是非常耗时和成本高昂的，目前手持式3D扫描仪造价已经超过了一万五千美元，高于绝大多数独立游戏开发商、设计师和艺术家能够承担的范围。该款来自英国的手持式3D扫描仪，是世界上第一款能够在几秒时间里结合预先校准的立体照相机和光度成像技术去捕捉和处理文件的的扫描仪。它能够捕捉和提供极高质量的3D 造型和色彩，可广泛应用于各种具有创造性的领域，目前正在寻求中国市场商业扩展合作伙伴。该3D扫描系统能够分解含有大量物理和颜色度量的完全 3D表面，然后能够从任何方向进行观察、编辑，并能够作为3D 打印或在屏幕上操作的源文件。传统的3D手机或数码照相机所应用的技术是立体成像；它利用两个照相机视角，分别作用于每只眼睛，在立体屏幕上显示所谓的3D图形，以产生具有深度的印象。与之相反，该项3D 扫描系统技术创新的核心是将几何形状和光度立体技术相融合，并仔细地调整，以捕捉高分辨率的3D颜色图像。该系统提供了能够捕捉目标物体真正的3D几何形状和全彩色的机会，可应用于任何非医学领域。该技术也从本质上擅长于捕捉其他有机和无机物具有高度网纹的表面。

一旦使用该扫描仪得到原始图像数据，并通过专用软件，所有的物体信息将被转化成真正的3D颜色几何数据；该扫描仪将配套专用的软件，并且只需要普通的计算机配置即可使用（苹果操作系统或者Windows 7操作系统或以上，2GB RAM，双核处理器）。该3D扫描仪具有的优势： ·成本优势：最明显的，该3D扫描仪的价格是同质竞争对手的十分之一。 ·简单易用，手持式，瞄准然后按快门操作，与普通数码相机一样。 ·更加先进的功能，高分辨率，真正的3D几何形状捕捉，全色彩。该3D扫描仪适用于有需要快速创建3D模型的任何用户，是广泛工业领域中的客户的理想工具，包括大规模个性定制、游戏、动画、艺术或者任何其他创意产业开发者。该3D扫描仪尤其在捕捉下述的物体和表面具有优势： ·皮肤，比如脸部和身体部位 ·布料 ·有机物，比如植物、叶子 ·石头、石工、砖头 ·食品 ·艺术品，比如有织纹的油画、雕塑